[发明专利]一种由糠醛渣和皂荚渣制备乳酸的方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物质化学化工领域，具体涉及皂荚渣与糠醛渣制备乳酸的方法。

背景技术

乳酸又名α-羟基丙酸，分子式CH₃CHOHCOOH，相对分子质量90.08，是一种天然存在的有机酸，广泛存在于人体、动物、植物和微生物中。

乳酸通常是乳酸(C₃H₆O₃)和乳酰乳酸(C₆H₁₀O₅)的混合物，为无色透明或浅黄色糖浆状的粘性液，几乎无臭或微带有脂肪酸臭，味酸。

乳酸可分为工业级、食品级和药典级，其中：工业级的乳酸含量为50-90％；食品级的乳酸含量为80％以上；药典级的乳酸含量为85-90％。

乳酸在食品行业的应用，乳酸有很强的防腐保鲜功效，乳酸独特的酸味可增加食物的美味，可作为精心调配的软饮料和果汁的首选酸味剂，加入适量乳酸有利于提高啤酒质量，乳酸粉可用于各类糖果的上粉，作为粉状的酸味剂。乳酸在医药行业的应用，在病房、手术室、实验室等场所中采用乳酸蒸气消毒，在医药方面广泛用作防腐剂、载体剂、助溶剂、药物制剂等，聚乳酸可以抽成丝纺成线作为生物相容性手术缝线，乳酸可以直接配制成药物或制成乳酸盐使用。乳酸在化妆品工业的应用，L-乳酸被广泛用作许多护肤品的滋润剂，各种护发产品的pH调节剂，各种浴洗用品的保湿剂等。此外，乳酸在生物降解材料、卷烟行业、纺织行业、涂料墨水工业、制革工业、微电子工业和农业中都有应用。

乳酸的工业化生产主要有化学合成法、酶法和微生物发酵法，我国多采用发酵法为主。化学合成法由于所用的原料是乙醛和剧毒物质氢氰酸，使得合成法生产乳酸大大受到限制，此外其生产成本也较高；酶法生产乳酸虽然可以得到专一性旋光乳酸，但工艺比较复杂，该方法生产的乳酸能否应用到工业上还有待于进一步研究；微生物发酵法生产乳酸，可通过菌种选育和培养条件的选择而得到具有专一性的L-乳酸、D-乳酸或DL-乳酸，完全可以满足聚乳酸的生产需求。

传统微生物发酵法所用的主要原料是淀粉类，成本较高，而且大规模工业化生产会消耗大量粮食，加剧粮食与饲料资源的紧张状况。如果能采用价廉易得的木质纤维原料来生产，不仅能拓展其原料的来源、降低原料成本，而且对解决粮食危机和减少环境污染有积极意义，其经济效益和社会效益亦十分明显。

以纤维为原料生物转化制备乳酸有很好的应用前景，但其工业化面临的主要问题包括：(1)纤维素原料高效、低成本预处理技术；(2)纤维素酶消耗量大，酶使用成本高；(3)由于纤维质原料比容大，水解液糖浓度低，发酵液中产品乳酸浓度低；(4)纤维素原料的收集运输半径大，收购采集成本高。

目前，部分以农作物秸秆为原料进行了乳酸产品的中试生产，关于用玉米秸秆制备乳酸的报道有中国酿造第2008年第18期刊登的“玉米秸秆同步糖化发酵生产乳酸的研究”，玉米秸秆底物浓度30g/100ml，产物中乳酸浓度为23.2g/l，乳酸产率为19.3％，乳酸产率低；黑龙江大学自然科学学报2008年4期刊登的“玉米秸秆乳酸发酵残渣制取饲料的研究”中产物乳酸浓度13.7g/l，乳酸产率仅为17％，乳酸产率更低。由于秸秆具有木质素、纤维素、半纤维素相互包裹的复杂结构并且纤维素本身存在稳定的结晶结构，在同步糖化发酵生产乳酸时利用纤维素酶难于降解纤维素，纤维素酶作用效率低，乳酸产率低，需要进行复杂的原料预处理。

皂荚树根系发达，耐旱节水，结实好，是营造农田防护林、水土保持林和城乡景观林的理想生态树种。陕西、河南、河北、四川有野生皂荚林，目前这些地区又发展了人工皂荚林，种植面积超过500，000亩。皂荚全果中种子含量15-30％，种子中富含优质多糖胶，其制备工艺已申报发明专利(CN03132340.5)；荚果含量为70-85％，荚果中皂素含量20-35％，皂荚皂素可以采用无水乙醇法进行高效分离(CN0510011673.8)。分离提取皂素产生大量皂荚废渣，占皂荚果实的50％以上。此外，相关皂荚的30多项专利涉及直接利用皂荚原料或其水提取液复配中药、农药及洗涤用品(CN1424102A、CN1301533A、CN1060313C等)，而关于提取皂素后的皂荚渣的利用未见有报道。